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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine demontierbare Hochvoltsteckverbindung, insbesondere
zur Kontaktierung einer Hochvoltleitung in einem zumindest teilweise
elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug sowie ein Hilfswerkzeug zur
Demontage einer derartigen Hochvoltsteckverbindung.
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Stand der Technik
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Bei
Kraftfahrzeugen, die zumindest teilweise elektrisch betrieben werden,
weist das Bordnetz Leitungen auf, über die sehr hohe Ströme
mit Spannungen von über 60 V transportiert werden. Bei
der Kontaktierung derartiger Leitungen muss sichergestellt werden,
dass im Betrieb oder aber im Reparaturfall keinerlei Fehlströme
auftreten, da diese zu einer Fehlfunktion des Fahrzeugs führen
und schlimmstenfalls das Leben eines Fahrzeuginsassen oder aber einer
mit der Reparatur des Fahrzeugs beauftragten Person gefährden
können.
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Gleichzeitig
muss durch eine durchgehende Schirmung der Kabel und der Kontakte
sichergestellt werden, dass die bei einem Stromfluss entstehenden elektromagnetischen
Felder derart begrenzt werden, dass keinerlei benachbarte Elektronikbauteile
in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
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Bekannte
Lösungen zur Kontaktierung von Hochvoltleitungen bestehen
in der Regel aus einem Kabel mit einem Schirmgeflecht, das mit einem
Steckerteil verbunden wird, wobei der Kontaktbereich zwischen dem
Steckerteil und dem Kabel zusätzlich mit einer metallischen
Schirmhülse versehen wird. Ein Beispiel für eine
derartige Hochvoltsteckverbindung zeigt die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2008 054 585
A1 .
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Das
Steckerteil wird im Anschluss in einer Steckeraufnahme verrastet.
Um ein ungewolltes Lösen der Rastverbindung im Fahrzeugbetrieb
oder aber durch unbefugte Personen im Reparaturfall zu vermeiden
werden derartige Leitungen derzeit zumeist unlösbar mit
anderen Komponenten des Fahrzeugs, wie beispielsweise anderen Hochvoltleitungen,
Verbrauchern, Stromverteilern oder Hauptsicherungsboxen verbunden.
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Nachteilig
an derartigen unlösbaren Steckverbindungen ist, dass beispielsweise
nach einer Falschmontage eines Steckers in einer Steckeraufnahme
oder im Fall einer Reparatur sowohl die Hochvoltleitung, die Steckverbindung
als auch die Komponente in der die Hochvoltleitung über
die unlösbare Steckverbindung montiert ist, bei der Demontage
beschädigt oder sogar zerstört werden können.
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Demontierbare
elektrische Steckverbindungen sind prinzipiell bekannt. So offenbart
beispielsweise die
DE
10 2007 035 104 A1 ein Demontagewerkzeug für Clean-Body-Kontakte
in Kraftfahrzeugen. Diese Steckverbindung weist ein Verriegelungselement
auf, wobei das Verriegelungselement über ein Hilfswerkzeug
zur Demontage geöffnet werden kann. Die in dieser Schrift
beschriebene Steckverbindung ist allerdings nicht als Hochvoltsteckverbindung geeignet,
da diese keine geeigneten Mittel zur Schirmung benachbarter Elektronikbauteile
aufweist.
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Die
Verwendung von Verriegelungselementen, wie beispielsweise Sprengringen
zur Herstellung unlösbarer oder aber auch lösbarer
Hochvoltsteckverbindung ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt
(z. B. aus der
EP 1
191 637 A1 ), ohne dass gezeigt wird, wie derartige Steckverbindungen
derart gestaltet werden können, dass sicher gestellt ist, dass
eine Demontage lediglich vom dafür geschulten Fachpersonal
durchgeführt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es eine Hochvoltsteckverbindung einfach herstellbar,
montierbar und derart demontierbar zu gestalten, dass bei einer fehlerhaften
Montage der Hochvoltleitung die Hochvoltsteckverbindung einfach
wieder demontiert werden kann, ohne dass im Fahrzeugbetrieb oder
aber bei Reparaturen für ungeschulte Personen die Möglichkeit
besteht die Hochvoltsteckverbindung zu lösen und/oder sich
dadurch Gefahren auszusetzen.
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Ausgehend
vom bekannten Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung
zusätzlich darin, eine demontierbare Hochvoltsteckverbindung
für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug
derart zu gestalten, dass durch die zur Demontage notwendigen Veränderungen
der Hochvoltsteckverbindung keinerlei Verschlechterung der elektromagnetischen
Verträglichkeit (EMV) bzw. keinerlei Störung der
die Hochvoltsteckverbindung umgebenden Elektronikbauteile des Fahrzeugs
auftritt.
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Weiterhin
soll die erfindungsgemäße Hochvoltsteckverbindung
ohne eine Schädigung der Hochvoltsteckverbindung oder der
diese umgebenden Komponenten demontierbar sein.
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Letztendlich
soll durch die Gestaltung der erfindungsgemäßen
Hochvoltsteckverbindung sowie des zur Demontage vorgesehenen Hilfswerkzeugs sichergestellt
werden, dass die mit der Demontage befasste Person keinerlei Gefährdung
ausgesetzt wird, insbesondere kein direkter oder indirekter Kontakt
zu stromführenden Teilen entstehen kann bzw. notwendig
ist.
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Die
zuvor genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvoltsteckverbindung
nach Anspruch 1 und ein Hilfswerkzeug zur Demontage nach Anspruch
7.
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Die
erfindungsgemäße Hochvoltsteckverbindung besteht
dabei aus einem an einer Hochvoltleitung bzw. -kabel montierten
Stecker. Der Stecker ist in bekannter Art und Weise von einer metallischen Schirmhülse
umgeben. Wie bereits zuvor erwähnt, gewährleistet
dabei die Schirmhülse, dass – bei einem Stromfluss
durch die Hochvoltleitung und den Stecker – benachbarte
Elektronikteile nicht durch die vorhandenen elektromagnetischen
Felder in Ihrer Funktion gestört werden.
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Zur
Aufnahme des Steckers mit Schirmhülse ist eine entsprechend
komplementär gestaltete Steckeraufnahme vorgesehen. Diese
kann in ein Gehäuse eingeschraubt oder eingepresst sein.
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Zur
Fixierung des Steckers mit Schirmhülse in der Steckeraufnahme
ist ein Verriegelungselement vorgesehen. Dabei kann das Verriegelungselement im
demontierten Zustand an der Schirmhülse und/oder an der
Steckeraufnahme vorgesehen sein. Es kann mit der Schirmhülse
und/oder der Steckaufnahme verbunden oder als separates Teil ausgebildet
sein. Im montierten Zustand wirkt das Verriegelungselement mit dem
jeweils anderen Bauteil bzw. einer am jeweils anderen Bauteil der
Steckverbindung vorgesehenen Einrichtung derart zusammen, dass der
Stecker ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht zerstörungsfrei
demontierbar, d. h. aus der Steckeraufnahme entfernbar, ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante handelt es sich bei
dem Verriegelungselement um einen in einer Nut der Schirmhülse
aufgenommenen geschlitzten Sprengring, der bei der Montage des Steckers
in diese Nut verpresst wird und sich in der Endstellung in eine
in der Steckeraufnahme vorhandene korrespondierende Nut entspannt
und so die beiden Bauteile in Axialrichtung gegeneinander fixiert.
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Natürlich
sind neben dem zuvor genannten Sprengring auch andere Verriegelungselemente,
wie z. B. Rasthaken oder ähnliche, denkbar. Gleichzeitig ist
es nicht zwingend erforderlich, dass das Verriegelungselement zur
Demontage verpresst wird, ebenso geeignet wäre ein Aufbau
in dem das Verriegelungselement derart aufgeweitet wird, dass eine
Demontage der zuvor gegeneinander fixierten Bauteile möglich
ist.
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Um
eine Demontage der Hochvoltsteckverbindung zu ermöglichen
weist die Schirmhülse und/oder die Steckeraufnahme erfindungsgemäß zumindest
eine axial verlaufende Öffnung (Einführöffnung),
beispielsweise in Form einer Bohrung oder aber bevorzugt in Form
einer Nut auf. In diese Öffnung kann zum Zweck der Demontage
der Hochvoltsteckverbindung ein Hilfswerkzeug eingeführt
werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Öffnung
dabei bereits bei der Fertigung der Schirmhülse bzw. der
Steckeraufnahme ausgeformt.
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Diese Öffnung
endet nach Art einer Sackbohrung axial innerhalb der Hochvoltsteckverbindung
bzw. Steckeraufnahme im Bereich des Verriegelungselements. Durch
eine derartige Ausprägung der Öffnung ist die
Schirmung der demontierbaren Hochvoltsteckverbindung sichergestellt,
da es keinerlei die Steckverbindung durchdringende Öffnung gibt.
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Unter
der Formulierung „im Bereich des Veriegelungselements” wird
im erfindungsgemäßen Sinn verstanden, dass die Öffnung
derart gestaltet ist, dass ein Eingreifen des Hilfswerkzeuges in
das Verriegelungselement ermöglicht wird und dieses derart
manipuliert werden kann, dass die Verriegelung gelöst und
eine Demontage der Hochvoltsteckverbindung möglich wird.
Gleichzeitig soll der Stecker aber zusammen mit der Steckeraufnahme
noch einen Bereich aufweisen, der die vollständige Schirmung
der umgebenden Bauteile gewährleistet.
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Bevorzugt
ist die axial verlaufende Öffnung derart in der metallischen
Schirmhülse bzw. der Steckeraufnahme angeordnet, dass sie
nur vom kabelseitigen Ende der Hochvoltsteckverbindung her zugänglich
ist. Unter dem kabelseitigen bzw. leitungsseitigen Ende ist dabei
das Ende zu verstehen, an dem sich das Hochvoltkabel bzw. die Hochvoltleitung von
dem Stecker bzw. der Schirmhülse erstrecken. In Verbindung
mit dem erfindungsgemäßen Hilfswerkzeug ist durch
diese Anordnung eine besonders leichte und sichere Demontage möglich.
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Weiterhin
besonders bevorzugt weist die axial verlaufende Öffnung
an ihrem inneren Ende dabei eine Kontur auf, die das Lösen
des Verriegelungselements zusätzlich unterstützt.
Dadurch wird die Demontage zusätzlich vereinfacht bzw.
die zur Demontage erforderlichen Kräfte werden reduziert.
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Die
Kontur kann dabei bevorzugt derart gestaltet sein, dass der zur
Demontage in die Öffnung eingeführter Teil des
Hilfswerkzeugs durch die Kontur derart gelenkt wird, dass ein Umfassen
und Verformen des Verriegelungselements zur Entriegelung und in
der Folge Demontage der Hochvoltsteckverbindung erleichtert wird.
Z. B. kann zu diesem Zweck eine Rampe vorgesehen werden. In einer
besonders bevorzugten Ausführung weist die Öffnung
dazu an ihrem inneren Ende einen bogenförmigen Verlauf auf.
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Die
Steckeraufnahme kann dabei als separates Teil oder aber integral
als Teil eines metallischen oder aus Kunststoff gebildeten Gehäuses
ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt
es sich bei der Steckeraufnahme um ein separates Teil in Form einer
Press- oder Schraubhülse aus einem geeigneten Material,
beispielsweise Metall oder Kunststoff. Durch die separate Fertigung
der Steckeraufnahme können die zur Verriegelung bzw. Entriegelung
notwendigen Konturen, Öffnungen und Verriegelungselemente
durch einfache Herstellungsverfahren (z. B. Spritzguss oder Metallguss,
Bohr- und Fräsverfahren) an der Steckeraufnahme realisiert
werden.
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Durch
mehrere über den Umfang der Schirmhülse und/oder
der Steckeraufnahme axial verlaufende gleichmäßig
verteilte Öffnungen kann ein Verkanten bei der Demontage
der Steckverbindung vermieden werden. Bevorzugt sind dabei zwei gegenüberliegende Öffnungen
vorgesehen, besonders bevorzugt sind drei im Winkel von ungefähr 120°,
ganz besonders bevorzugt sind sechs axiale Öffnungen in
etwa im Winkel von 60° gleichmäßig beabstandet über
den Umfang der Schirmhülse und/oder der Steckeraufnahme
angeordnet.
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Das
zur Demontage vorgesehene Hilfswerkzeug besteht aus einem Griffteil
(Handhabe) und zumindest einem an diesem Griffteil vorgesehenen
axial hervorstehenden Entriegelungspin. Das Griffteil des erfindungsgemäßen
Hilfswerkzeugs ist zweigeteilt und kann um das mit dem Stecker versehene Hochvoltkabel
herum angeordnet werden. Beispielsweise können hierzu die
zwei Griffteile über ein Scharnier aufgeklappt werden oder
lösbar miteinander verrastet sein. Zur Aufnahme des Hochvoltkabels weist
das Hilfswerkzeug einen Hohlraum auf, in dem das Hochvoltkabel aufgenommen
werden kann. Das Griffwerkzeug ist im Anschluss relativ zum Kabel
verschiebbar, um eine Entriegelung der Steckverbindung vornehmen
zu können.
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Der
zumindest eine Entriegelungspin wird zur Demontage in die zuvor
beschriebene axiale Öffnung (Einführöffnung)
eingeführt und bewirkt eine Entriegelung des Verriegelungselements.
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Natürlich
können entsprechend der Anzahl der Öffnungen in
der Steckverbindung auch zwei, drei oder sechs entsprechend über
den Umfang verteilte Entriegelungspins am Hilfswerkzeug vorgesehen
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Entriegelungspins
einstückig mit dem zugehörigen Griffteil gestaltet,
beispielsweise in Form eines Spritzgussteils.
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In
einer alternativen Ausführungsform bestehen die Entriegelungspins
aus Metall und werden im zugehörigen Griffteil befestigt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die
metallischen Entriegelungspins bei der Herstellung des zugehörigen
Griffteils mit Kunststoff umspritzt und dadurch mit dem Griffteil verbunden.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die metallischen
Entriegelungspins derart mit Kunststoff umspritzt, dass diese elektrisch
isoliert sind. Die zur Entriegelung notwendige Kontur an der Spitze
des Pins wird dabei freigelassen, so dass der metallische Kern in
direkten Eingriff mit dem Verriegelungselement kommt und die zur
Entriegelung notwendigen mechanischen Eigenschaften zur Verfügung
stehen.
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Die
Spitze des Entriegelungspins ist dabei bevorzugt derart konturiert
(z. B. radial von innen nach außen auslaufend), dass ein
Umgreifen oder Umfassen des zu verpressenden Verriegelungselements
einfach möglich ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hilfswerkzeug
eine Vorrichtung zum zeitweisen Fixieren der Hochvoltleitung relativ
zum Griff des Hilfswerkzeugs auf. Diese Vorrichtung kann beispielsweise
durch eine im Griffteil gelagerte Exzenterscheibe oder einen aktivierbaren
Klemmkeil gebildet sein. Bei der Demontage der Hochvoltsteckverbindung
kann mit Hilfe dieser Vorrichtung nach dem Lösen des Verriegelungselements
das Hilfswerkzeug am Kabel verklemmt werden, so dass das Hochvoltkabel
gemeinsam mit dem Hilfswerkzeug von der Steckeraufnahme entfernt
werden kann und somit eine einhändige und schnelle Demontage
der Hochvoltsteckverbindung möglich wird, die gleichzeitig
die Gefahr eines Kontakts mit stromtragenden Bauteilen weiter vermindert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
und Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
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Eine
beispielhafte Darstellung des aktuellen Standes der Technik findet
sich in den 1 bis 5.
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Eine
beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen,
demontierbaren Hochvoltsteckverbindung findet sich in den 6 bis 8.
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Die 9 bis 11 zeigen
ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes
Hilfswerkzeug zur Demontage der benachbart angeordneten erfindungsgemäßen
Hochvoltsteckverbindung.
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Im
Einzelnen zeigt dabei
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1 eine
Draufsicht auf einen aus dem Stand der Technik bekannten, an einer
Hochvoltleitung angeordneten Steckverbinder mit einer metallischen
Schirmhülse und einem an dieser Schirmhülse angeordneten
umlaufenden Verriegelungselement 6 in Form eines metallischen
Sprengringes;
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2 eine
Draufsicht auf ein Gehäuse 1, in dem mehrere Bohrungen
angeordnet sind, in denen sich in diesem Beispiel eingepresste Steckeraufnahmen 2 befinden,
die jeweils eine umlaufende Nut 20 aufweisen, in die das
in 1 gezeigte Verriegelungselement 6 eingreift;
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3 eine
Draufsicht auf einen am Gehäuse 1 ausgebildeten
Anschlussflansch 11, der sich an eine (nicht sichtbare)
Steckeraufnahme 2 anschließt, d. h. in dem eine
(nicht sichtbare) Steckeraufnahme 2 angeordnet ist, in
die ein aus dem Stand der Technik bekannter Stecker mit einem Verriegelungselement 6 unlösbar
eingesetzt wird;
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4 eine
Draufsicht auf eine mehrteilige Dichtung 5, mit der die
Hochvoltleitung 4 gegenüber dem Anschlussflansch
des Gehäuses 11 gegen äußere
Einflüsse, wie beispielsweise Medieneintritt abgedichtet
wird;
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5 zeigt
in einem Längsschnitt eine aus dem Stand der Technik bekannte
unlösbare Hochvoltsteckverbindung am Beispiel einer Kupplung
zur Verbindung von zwei Hochvoltleitungen 4, 4'.
In einem rohrförmigen Gehäuse 1 ist an
jedem Ende eine Steckeraufnahme 2, 2' eingepresst,
die jeweils über ein Verriegelungselement 6, 6' eine
Schirmhülse 3, 3' eines an einer Hochvoltleitung 4, 4' befestigten
Steckers fixiert;
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6 zeigt
einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
demontierbaren Hochvoltsteckverbindung mit einem Aufbau entsprechend 5.
Zusätzlich sind in der Steckeraufnahme 2, 2' mehrere axial
verlaufende Entriegelungsnuten 21 angeordnet, in die ein
(nicht gezeigtes) Hilfswerkzeug 7 eingreifen kann (siehe 9 bis 11).
Das Verriegelungselement 6 ist als geschlitzter Sprengring
ausgeführt, der durch das Hilfswerkzeug 7 derart
verpresst werden kann, dass das Verriegelungselement aus der Fixierung
gegenüber der Steckeraufnahme 2, 2' gelöst wird;
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7 zeigt
einen Schnitt einer Draufsicht auf eine Steckeraufnahme 2.
Erkennbar sind mehrere axial verlaufende Entriegelungsnuten 21 zur
Entriegelung des in die radial verlaufende Verriegelungsnut 20 eingreifenden
Verriegelungselements durch ein Hilfswerkzeug 7 (nicht
gezeigt);
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8 zeigt
eine Draufsicht auf eine Schirmhülse 3 mit einer
radial angeordneten Verriegelungsnut 30 und einem darin
angeordneten Verriegelungselement 6 in Form eines geschlitzten
Ringes;
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9 zeigt
in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes
Hilfswerkzeug 7, welches benachbart und vor Eingriff in
eine erfindungsgemäße Hochvoltsteckverbindung
dargestellt ist. Das Hilfswerkzeug 7 besteht aus einem
Griff bzw. einer Handhabe 73 mit einem Oberteil 731 und
einem Unterteil 732. Umgeben von dem Oberteil 731 und
dem Unterteil 732 ist ein Hohlraum als Kabelaufnahme 72 gestaltet, so
dass das Hilfswerkzeug vor der Demontage der Hochvoltsteckverbindung
um das mit dieser verbundene Hochvoltkabel 4 angeordnet
werden kann. An seiner der Hochvoltsteckverbindung zugewandten Seite
weist das Hilfswerkzeug 7 mehrere, hier z. B. sechs gleichmäßig über
den axialen Querschnitt des Griffes 73 verteilte, Entriegelungspins 71 auf.
Zur Entriegelung der Hochvoltsteckverbindung werden die Entriegelungspins 71 in
die komplementären Entriegelungsnuten 21 soweit
eingepresst bis das in den Verriegelungsnuten 20, 30 befindliche
Verriegelungselement 6 derart verformt wird, dass die am
Stecker angeordnete Schirmhülse 3 aus der Steckeraufnahme
gelöst werden kann;
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10 zeigt
die in 9 dargestellte Anordnung in einer Draufsicht;
und
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11 zeigt
das Hilfswerkzeug 7, wobei die Entriegelungspins 71 bereits
zum Teil in Eingriff mit den Entriegelungsnuten 21 stehen.
Die Spitze 711 des Entriegelungspins 71 ist dabei
derart konturiert (hier z. B. radial von innen nach außen
auslaufend bzw. mit einer Rampe versehen), dass ein Umgreifen oder
Umfassen des zu verpressenden Verriegelungselements 6 einfach
möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 11
- Anschlußflansch
Gehäuse
- 2,
2'
- Steckeraufnahme
- 20
- Verriegelungsnut
Steckeraufnahme
- 21
- Entriegelungsnut
Steckeraufnahme
- 3,
3'
- Schirmhülse
Stecker
- 30
- Verriegelungsnut
Schirmhülse Stecker
- 4,
4'
- Hochvoltleitung
- 41
- Schirmgeflecht
Hochvoltleitung
- 5,
5'
- Dichtelement
- 6,
6'
- Verriegelungselement
- 7
- Hilfswerkzeug
- 71
- Entriegelungspin
- 711
- Spitze
des Entriegelungspins
- 72
- Kabelaufnahme
Hilfswerkzeug
- 73
- Handhabe
Hilfswerkzeug
- 731
- Oberteil
Handhabe Hilfswerkzeug
- 732
- Unterteil
Handhabe Hilfswerkzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008054585
A1 [0004]
- - DE 102007035104 A1 [0007]
- - EP 1191637 A1 [0008]